Mesures et simulations d'impédance longitudinale et transverse pour ThomX

Longitudinal and Transverse Impedance Measurements and Simulations for ThomX

• Auteur / Autrice : Ezgi Ergenlik
• Direction : Christelle Bruni, Pierre Lepercq
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des accélérateurs
• Date : Soutenance le 28/02/2022
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Particules, hadrons, énergie et noyau : instrumentation, imagerie, cosmos et simulation (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique des deux infinis Irène Joliot-Curie (2020-....)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Physique (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Fabian Zomer
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Frank Zimmermann, Thomas Thuillier, Alexis Gamelin, Benoît Salvant
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Frank Zimmermann, Thomas Thuillier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Faisceaux de particules

Accélérateurs d'électrons

Générateurs de rayons X

Mots clés libres

Générateurs de rayons X

Accélérateurs d'électrons

Champ de sillage

Impédance

X-Ray generation

Electron accelerator

Wakefields

Impedance

Résumé

Les études sur les champs de sillage et l'impédance sont d'une importance capitale pour atteindre la qualité du faisceau de particules chargées, notamment dans le contexte des accélérateurs à fort courant crête et à haute luminosité. Leur effet sur la dynamique du faisceau a été étudié par différentes méthodes afin de réduire le budget d'impédance de l'ensemble de l'accélérateur et d'atteindre la qualité de faisceau attendue depuis de nombreuses années. En raison de la structure complexe des pièces de l'accélérateur, il n'est pas possible d'appliquer des calculs théoriques pour définir les impédances et les effets des champs de sillage. Les mesures au banc et les simulations électromagnétiques étaient nécessaires pour étudier le bilan d'impédance de l'ensemble de l'accélérateur.Cette thèse se concentre sur l'étude des impédances transverses sur les pièces de l'accélérateur ThomX avec e déveoppement d'un banc de mesures et des simulations. Cependant, chaque méthodes a des probèmes inhérents il est nécessaire de vérifier les résultats afin de minimiser les erreurs. Dans un premier temps, les informations sur le contexte théorique des effets collectifs, en particulier les impédances et les mesures à fils seront présentées avec le formalisme des champs de sillages et des impédances. Les paramètres de la simulation électromagnétique seront étudiés attentivement et les résultats seront comparés aux calculs théoriques des pièces bien connues. La fiabilité et les limites des simulations seront discutées.En outre, les informations générales sur les mesures à fil et la conception du banc de mesures seront présentées pour les différentes mesures : à un fil, deux fils et le fil mobile pour obtenir les impédances longitudinales, dipolaires et quadrupolaires. La spécification du banc pour réduire le bruit sera brièvement expliquée. La comparaison des résultats avec la simulation électromagnétique sera présentée pour chaque pièce de l'accélérateur pour la ligne de transfert ThomX et l'anneau de stockage avec les études d'erreur. Enfin, l'effet de l'impédance totale sur l'accélérateur avec les calculs du kick factor sont résumés.

The wakefields and impedance studies are of paramount importance to reach the charged particle beam quality especially in the context of high peak current and high luminosity accelerators. Their effect on beam dynamics has been studied by different methods to reduced the impedance budget of the whole accelerator and then for achieving the expected beam quality in many years. Due to the complex structure of the accelerator pieces, it is not possible for applying theoretical calculations for defining the impedances and wakefields effects. The bench measurements and electromagnetic simulations were needed for studying the impedance budget of the whole accelerator.This thesis will focus on the transverse impedances study on ThomX accelerator pieces with both bench measurements and simulations. However, both bench measurements and simulations have their own problems which are needed to be double-checked the results to minimize the error. Initially, the information about the theoretical background of the collective effects especially impedances and the wire measurements will be given with the wakefield and impedance formalism. The electromagnetic simulation parameters will be studied carefully and the results will be compared with the theoretical calculations of the well-known pieces. The reliability and the limit of the simulations will be discussed.Moreover, the general information about the wire measurements and the designed setup will be presented for one wire, two-wire, and the moving wire measurements for obtaining the longitudinal, dipolar, and quadrupolar impedances. The specification of the bench for reducing the noise will be explained briefly. The comparison of the results with the electromagnetic simulation will be presented for each accelerator piece for ThomX transfer line and the storage ring with the error studies. Finally, the total impedance effect on the accelerator with kick factor calculations was shown in this work.